霍金近來(lái)一直很擔(dān)心機(jī)器人會(huì) “反攻人類”，但其實(shí)，機(jī)器人現(xiàn)在還應(yīng)付不了一些小嬰孩都會(huì)做的任務(wù)：比如拿起一個(gè)小番茄。抓東西這個(gè)動(dòng)作看似簡(jiǎn)單，但其中涉及到的力的分配、協(xié)作十分精巧，可以意會(huì)而難以復(fù)制。如果工程師要讓機(jī)器人給人類拿來(lái)一個(gè)小番茄，不僅要量身定制復(fù)雜的程序，還得時(shí)刻準(zhǔn)備好打掃殘局：八成機(jī)器人不是把番茄砸到地上，就是把番茄捏成番茄醬了。
但科學(xué)家們一直很善于向自然界中的 “老司機(jī)”學(xué)習(xí)。這次，他們找到的“老司機(jī)”是壁虎。近日，來(lái)自德國(guó)馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所和美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的一個(gè)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，模擬壁虎腳掌的粘附力，設(shè)計(jì)了一款曲面粘附材料，用于制作“柔軟”的機(jī)械抓手。相關(guān)論文發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上。
別說(shuō)穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)刈ダ我粋€(gè)番茄了，壁虎這種神奇的動(dòng)物能自如地在墻上、甚至是天花板上游走，仿佛墻壁和它們的腳掌之間存在一種神秘的力量。
這種神秘的力量就是范德華力。在一個(gè)原子中，帶負(fù)電荷的核外電子會(huì)抵消掉原子核的正電荷，因而原子整體上呈電中性。然而，由于核外電子處于不停的運(yùn)動(dòng)之中，在某些瞬間，原子的兩側(cè)電子分布不均，就會(huì)產(chǎn)生極性。如果兩個(gè)原子靠得足夠近，就會(huì)因?yàn)檫@種極性而產(chǎn)生互相吸引力，即范德華力。
此前，科學(xué)家們也不是沒想過(guò)利用超細(xì)纖維的合成陣列來(lái)模擬壁虎的粘附力。不過(guò)，這種材料需要背后有像球拍一樣的硬質(zhì)背襯施加壓力，這就大大限制了材料在曲面上的發(fā)揮空間。
這次，德美聯(lián)合團(tuán)隊(duì)成功克服了該限制。他們?cè)诳衫斓谋∧ど显O(shè)計(jì)了超細(xì)纖維陣列，稱之為“薄膜上的纖維狀粘附劑”（FAM），并為此設(shè)計(jì)了獨(dú)特的背襯。
該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的柔軟機(jī)械抓手形似一個(gè)淺口漏斗，表面被FAM粘附材料覆蓋。漏斗的頸口連著一個(gè)氣泵。一旦FAM觸及平面或曲面物體，氣泵就會(huì)抽出漏斗中的空氣，漏斗的圓錐結(jié)構(gòu)迅速扁平下去，材料緊密貼合物體的輪廓。而向漏斗中充氣，抓手就會(huì)松開物體。
該結(jié)構(gòu)能以2.5平方厘米（硬幣大?。┑慕佑|面積抓起300多克的物體（約一聽可樂）。在測(cè)試中，它能從外壁、內(nèi)壁、把手處抓起咖啡杯，能無(wú)傷地抓起一個(gè)圣女果，也能抓起一包薯片。
未參與實(shí)驗(yàn)的加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UCSB）機(jī)械工程師圖納（Kimberly Turner）認(rèn)為，該領(lǐng)域過(guò)去只關(guān)注納米級(jí)的纖維，而沒有著眼于背襯。“設(shè)計(jì)背襯是此類粘附材料走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。”他說(shuō)道。
論文作者之一西提（Metin Sitti）介紹了該結(jié)構(gòu)的一些應(yīng)用潛力：讓機(jī)器去參與組裝一些形狀比較復(fù)雜的精密部件，比如汽車部件；讓機(jī)器去抓取器官組織；讓負(fù)責(zé)檢查和維修的機(jī)器人輕松爬進(jìn)飛機(jī)或核電站內(nèi)部。
UCSB的霍克斯（Elliot Hawkes）也在研究仿壁虎的抓取機(jī)器人。他指出，此類設(shè)計(jì)若要走向?qū)嵱?，需滿足三個(gè)條件：一是夠耐用，可以抓取、放下物體成百上千次；二是夠規(guī)模，起碼要能抓起1公斤的物體；三是和機(jī)械鉗、吸盤等設(shè)計(jì)比起來(lái)，性價(jià)比要夠高。
